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国家天文台科研人员借助“心电图”揭秘富锂巨星

发表日期:2020-10-06来源:放大 缩小

  锂元素是宇宙中最早产生的元素之一,但它在多种天体中的含量均与理论预测存在较大的差异。锂元素在恒星中的起源与演化一直困扰着天文学家,例如,宇宙中有一种被称为富锂巨星的天体,它们锂元素的含量超过恒星演化理论值的上千倍。针对这些天体中的锂是如何产生的,天文学家一直在努力寻找答案。 

  北京时间10月6日凌晨,国际学术期刊《自然·天文》(Nature Astronomy)发布了一项由我国天文学家主导的国际科研团队关于富锂巨星真实身份的重要成果。借助我国重大基础科技设施LAMOST巡天数据和美国开普勒太空望远镜的星震数据,研究团队通过监听恒星的“心跳”,发现绝大多数富锂巨星其实都是红团簇星,而不是传统上所认为的红巨星。这一发现挑战了传统的恒星演化理论,对最终解开锂元素的起源之谜至关重要。 

  天文学家通过恒星监测恒星的心跳和分析它们的光谱揭秘富锂巨星的真实身份  图源:喻京川,北京天文馆 

  恒星如同人类一样,有诞生、成长、衰老及死亡等过程。太阳就是一颗正处于青壮年时期的恒星。不过,随着恒星不断发光发热,其内部物质会出现明显的变化,并由此产生一系列改变。红巨星红团簇星是恒星进入晚年后两种不同阶段,它们内部进行核反应的物质不完全相同,因此其结构和物理过程也具有显著差异。 

  但如果仅从表面上看,天文学家很难判断一颗恒星究竟是红巨星还是红团簇星。“这是因为两种恒星在温度和光度方面相差无几,就像我们很难判断一位白发苍苍的老者到底是70岁还是80岁一样,只能根据经验进行一个大致的估计,但并不一定非常准确”,该团队的主要领导者之一,论文共同通讯作者国家天文台赵刚研究员对此解释道。 

  红团簇星和红巨星内部结构示意图。红团簇星与红巨星内部结构不同,红团簇星内部是氦组成的核心在燃烧,而红巨星的氦核心不燃烧,其外面的氢包层在燃烧。红团簇星和红巨星的初始阶段在温度、亮度上几乎相同,很难区分。图源:青木和光,日本国立天文台 

  长久以来,天文学家认为,红巨星内部剧烈的对流为锂元素的产生创造了可能的条件,因此大部分富锂巨星应该是红巨星。但对此持怀疑态度的科研团队通过我国LAMOST、日本昴星团等望远镜采集了大量富锂巨星的光谱,并借助开普勒太空望远镜对这些富锂巨星的震动数据,得到了截然不同的结论。 

  “我们给恒星做了心电图”,论文的第一作者,国家天文台闫宏亮副研究员介绍道“星震就像是恒星的心跳,能够传递恒星内部的真实信息,就算两者表面上看起来差不多,但红巨星红团簇星的心脏是不同的”。研究发现,超过80%的富锂巨星是红团簇星,而且不同类型的富锂巨星在锂含量、恒星质量等多个方面均与传统认知存在着显著差别。 

  “这些发现很难用传统理论去进行解释”,论文共同通讯作者,国家天文台施建荣研究员评论道,“由于内部物理环境不同,原有的理论并不适用于红团簇星,我们需要尽快寻找到这一观测现象的真实原因”。对此,论文通过观测数据检验了双星合并产生富锂巨星的理论,认为这是一种有潜力的方向。“我们看到最近国际上提出了不少新的理论来解释这个问题”,赵刚研究员说,“包括氦闪、双星的合并、特殊的对流等等,虽然目前尚无定论,但下一步的关键就是去逐一检验这些理论,找到真像”。 

  据悉,该工作是由一个中国主导,包括来自日本、法国、荷兰、美国以及澳大利亚等国科研人员参与的国际团队合作完成的。日方团队主要负责人,日本国立天文台青木和光副教授对此研究评价道“这些发现表明,在小质量恒星的演化过程中,仍然有一些未知的过程能够显著改变恒星表面的物质组成,说明亟待发展新的物理机制”。中方的参与单位包括中国科学院国家天文台、云南天文台,北京师范大学、中国科学院大学以及北京大学等。 

  在此研究中,多个望远镜的协同合作是取得成果的关键,除LAMOST和开普勒望远镜外,日本的昴星团望远镜、我国丽江观测站的2.4米和1.8米望远镜均在观测中发挥了重要作用。 

  文章链接:https://www.nature.com/articles/s41550-020-01217-8 

 
 
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